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In den höheren Schichte (oberhalb der LLC) hat sich in fast allen Systemen die DoD-Protokollfamilie durchgesetzt (DoD - Department of Defense). Diese Protokollfamilie wird auch unter dem Schlagwort TCP/IP (Transmission Control Protokoll/Internet Protokoll) zusammengefaßt das den Kern der DoD-Protokolle darstellt. Die Protokollentwicklung fand parallel zu der Definition des OSI-Referenzmodelles statt, wodurch einige Festlegungen nicht mit dem OSI-Referenzmodell übereinstimmen. Der TCP/IP-Kern umfaßt die Schichten 3 und 4, wobei IP einem Protokoll der Schicht 3 entspricht und TCP ein Schicht 4 Protokoll bereitstellt. Die Protokollfamilie TCP/IP ist in Unix.Systemen zu einem Defacto-Standart geworden, sie sind auf fast allen Unix-Rechnern verfügbar.
Oberhalb der TCP-Ebene werden im DoD-Modell direkt die Anwendungen angesprochen. Bei diesen DoD-Anwendungen handelt es sich um vergleichsweise einfache Anwendungen im Vergleich zu der OSI-Definition einer Anwendung.
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